TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR
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TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA
PRUEBA DE POZOS EN EL MAR
TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA
REDUCCIÓN DE GASES EFECTO
INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE
POZOS EN EL MAR
ESPECIALIDAD: INGENIERIA NAVAL
Gabriel Delgado Saldivar
Ingeniero Naval y Maestro en Ciencias
Fecha de Ingreso: 13/11/2009
Especialidad: Ingenieria Naval 1
TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO PALABRAS CLAVE 1.0 INTRODUCCION 2.0 FUNDAMENTO DE LA TECNOLOGIA WTSV 2.1 Objetivos de la medición y servicio 2.2 Sistemas de servicio y medición tradicionales 2.3 Efectos de los sistemas tradicionales 3.0 ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN: WTSV 3.1 Propuesta 3.2 Principio ecológico del servicio 3.3 Descripción del proceso 3.4 Proceso de separación y disposición de productos 3.5 Modalidades del servicio 4.0 COMPONENTES DE LA TECNOLOGIA WTSV 4.1 Planta de proceso 4.2 Componentes de la embarcación 5.0 EMBARCACIONES EN SERVICIO 5.1 WTSV (FPSO-DP2) “TOISA PISCES” 5.2 WTSV (FPSO-DP2) BOURBON OPALE 5.3 WTSV (FPSO-DP2) “ECO-III” 5.4 Cuarta embarcación 6.0 RESULTADOS OBTENIDOS 6.1 Toisa Pisces 6.2 Bourbon Opale Especialidad: Ingenieria Naval 2
TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR 6.3 Volúmenes procesados 6.4 Tiempos operativos 6.5 Reducción de emisiones 7.0 CONCLUSIONES 8.0 REFERENCIAS LISTA DE FIGURAS Y TABLAS Figura No. 1 Reducción de emisiones a Nivel Mundial (2009) Figura No. 2 Sistema tradicional de servicio y su efecto en emisiones Figura No. 3 Incineración de fluidos. Servicio en instalación fija Figura No. 4 Incineración parcial en plataforma semi-sumergible de exploración Figura No. 5 Concepto tradicional de medición de pozos Figura No. 6 Concepto Ecológico de Servicios a Pozos Figura No. 7 Sistema de importación y exportación de fluidos Figura No. 8 Separador instalado en embarcación WTSV (tratador de aceite) Figura No. 9 WTSV “TOISA PISCES” Figura No 10 WTSV (FPSO-DP2) “Bourbon Opale” Figura No. 11 WTSV (FPSO-DP2) “ECO-III” Figura No. 12 Vista general de la planta de proceso. “Bourbon Opale” y “Toisa Pisces” Figura No. 13 Distribución y servicios. WTSV Toisa Pisces Figura No. 14 Distribución y servicios. “Bourbon Opale” Tabla No. 1 Características principales. Embarcaciones WTSV existentes Tabla No. 2 Volúmenes procesados Tabla No. 3 Operaciones y promedio de servicio Tabla No. 4 Reducción de emisiones Especialidad: Ingenieria Naval 3
TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR RESUMEN EJECUTIVO La exploración y producción de hidrocarburos en el mar actividad que lleva de desarrollo tecnológico encaminado a extraer el petróleo; se han desarrollado tecnología de exploración, producción, transporte y servicios. Una de las actividades relacionadas se refiere a los servicios que se dan a un pozo petrolero y a la disposición de los fluidos que emanan de los servicios de terminación, reparación, estimulación, medición de la producción. En la forma tradicional del servicio a pozos, por medio de equipo móvil presenta complicaciones y problemática en servicio, ya que origina imprecisión de la medición, movilización de equipos y personal, entre otros, pero el problema mas grave es la contaminación al aire, al mar y pérdida comercial del producto incinerado, ya que el servicio tradicional conlleva la incineración de los productos que emanan del pozo. Se han cuantificado tan solo en México mas de 6,800 pozos en operación, de los cuales aproximadamente la mitad son petroleros en el mar, se perforan 240 pozos al año en el mar. Considerando os pozos existentes es necesario dar servicio de reparación o estimulación, o aforar mas de 600 pozos al año en el mar en mexico, en el mundo se estima en 30 veces mas. Se estima que que cada pozo, en el servicio tradicional produce 750 tonCO2 equivalente. En México se brinda servicio a 600 pozos en el mar. Ello resulta en más de medio millón de TonCO2. La solución propuesta es la de incorporación de embarcaciones especializadas y encaminada al servicio a pozos reduciendo el problema de contaminación ambiental. La Tecnología se ha denominado WTSV. Estas embarcaciones asisten directamente en el proceso de terminación y reparación de pozos, igualmente brindan apoyo para la recepción del producto durante los servicios de limpieza, tratamiento, estimulación así como el aforo de pozos petroleros. Los servicios de recepción y proceso de fluidos se efectúan en forma ecológica, con todos los equipos y dispositivos requeridos por regulaciones internacionales y con una capacidad de almacenamiento y distribución de tanques adecuada para recibir todo tipo de productos y fluidos esperados. Por otra parte, y con el fin de disponer de la movilidad requerida para atender un centenar de localizaciones y pozos al año, las embarcaciones disponen de sistemas de propulsión controlada por un computador de Posicionamiento Dinámico el cual permite la movilidad y mantener la posición y el rumbo sin necesidad de servicios de embarcaciones auxiliares ni amarres externos. A la fecha se han incorporado dos embarcaciones al servicio en México; después de mas de 5 años de servicio, han casi 2 millones de barriles de fluidos que de otra forma se hubiesen incinerado con el efecto negativo de emisiones y gases de efecto invernadero. Estos dos millones de barriles representan en términos de reducción de emisiones casi un millón de tonCO2. La tecnología WTSV ha mostrado su utilidad en la industria petrolera en México, se espera que en un futuro cercano se incorpore en otras partes del mundo. Especialidad: Ingenieria Naval 4
TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR PALABRAS CLAVE Tecnología WTSV, pozos marinos, barco de proceso, producción petrolera, estimulación de pozos, reparación de pozos, terminación de pozos, control de fluidos, aforo de pozos, embarcaciones con posicionamiento dinámico, reducción de emisiones, industria petrolera, protección ambiental, reinyección de agua, exportación de crudo, planta de proceso de hidrocarburos, FPSO, pozos de deshechos industriales. Especialidad: Ingenieria Naval 5
TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR 1.0 INTRODUCCION La exploración y producción de hidrocarburos en el mar es una actividad de carácter tecnológico industrial encaminado a extraer el petróleo; para ello se han realizan actividades de exploración, producción, transporte y servicios; son innumerables las actividades relacionadas con esta actividad, y la variedad de equipos aun mas variado. Una de estas actividades se refiere a los servicios que se dan a un pozo petrolero y a la disposición de los fluidos que emanan de dichos servicios, en particular durante las actividades de terminación, reparación, estimulación, medición de la producción, producción temprana y/o servicio en el caso de libranzas o mantenimiento a instalaciones existentes. Con el fin de establecer la base del desarrollo de la Tecnología WTSV, es necesario establecer el tamaño del servicio. Se han cuantificado, tan solo en México, mas de 6,300 pozos en operación, de los cuales aproximadamente la mitad son pozos produciendo en el mar; se perforan aproximadamente 800 pozos al año, de los cuales el 30% son pozos marinos; de los pozos existentes es necesario dar servicio de reparación o estimulación, o simplemente aforo y medición, y esto resulta en mas de 600 pozos/año a los cuales se brinda servicio cada año en el mar. Ref. [1] En el entorno mundial este número se puede perfectamente multiplicar por 30 y dará una idea de la cantidad de pozos existentes, en producción y que requieren de servicio permanente. El servicio a un pozo, sea existente o nueva perforación implica la emanación de todo tipo de productos relacionados, incluyendo sólidos, arena, lodos de perforación y químicos; sea un pozo en producción o un pozo existente, estos servicios presentan un problema común: una situación grave de contaminación ambiental debido a la incineración de los productos. Se estima que cada dos barriles de aceite crudo incinerados producen una (1) tonCO2 equivalente. Considerando que cada pozo arroja 1,500 barriles promedio de productos por cada servicio, se puede determinar que cada pozo representa un potencial de 750 tonCO2 equivalente de emisión de gases. Tan solo en México se brinda servicio a 600 pozos en el mar. Ello resulta en 500,000 TonCO2 enviadas al aire por la incineración de los fluidos. Considerando el entorno mundial, y si en forma conservadora se multiplica por 30 el servicio, esto representa del orden de 15,000,000 TonCO2/año. Como referencia, las toneladas de emisiones por el servicio a pozos se pueden comparar con otros sistemas de reducción de emisiones, lo que equivale a: Especialidad: Ingenieria Naval 6
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i) En México se estiman 500,000 ton/CO2, esto equivale a la reducción
que se obtiene de aproximadamente 1,428 km2 de bosque tupido,
aproximadamente el área completa del Distrito Federal.
ii) En el entorno mundial, se estiman 15,000,000 tonCO2 año, la referencia
seria el equivalente a 42,850 km2 de superficie totalmente arbolada,
aproximadamente el área de los estados de Puebla y Querétaro en
conjunto.
De acuerdo al UNFCCC (United Nations Framework Conference on Climate Change),
organismo regulador para la reducción de emisiones, actualmente se tienen
registrados proyectos de reducción de emisiones por 322,208, 788 tonCO2 en el
mundo.
México contribuye como país en aproximadamente 9,333,467 tonCo2/ año (2.9%). En
caso de eliminar totalmente la incineración de los productos de servicios a pozos en
México, seria el equivalente a 4.5% de la producción de TonCO2 registradas.
Llevando el servicio a una escala mundial, y logrando evitar la incineración a nivel
mundial equivaldría al 5% de la emisión de CO2 mundial. Ver Figura No. 1
Figura No. 1 Reducción de emisiones a Nivel Mundial (2009) Ref. [2]
¿Como resolver este grave problema? La respuesta es simple: evitar la incineración.
La cuestión es: ¿que hacer con los fluidos que se reciben?, ¿como tratar y exportar el
crudo?, ¿como disponer de los residuos, incluyendo agua sólidos y gas?, ¿como se
puede dar servicio a pozos dispersos en superficies marinas extensas?
Una solución, descrita en este documento es el origen de un desarrollo tecnológico
que ha culminado en la incorporación de embarcaciones especialidades a las
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actividades en la industria petrolera, y encaminada al servicio a pozos reduciendo el
problema de contaminación ambiental. La Tecnología se ha denominado WTSV, por
sus siglas en ingles que corresponden a “Well Testing Services Vessel” (Embarcación
de Servicio a Pruebas de Pozos).
La Tecnología WTSV se ha desarrollado como una alternativa que, por un lado permita
la recepción, separación y medición de la producción de los pozos, facilitando las
movilizaciones, y que por otro lado brinde la opción de proceso de los productos,
almacenamiento de fluidos contaminantes o contaminados en los casos que no exista
línea de exportación y disponer de los mismos en forma limpia y permitiendo la
recuperación comercial del producto.
Las embarcaciones dotadas de Tecnología WTSV asisten directamente en los servicios
a pozos y brindan apoyo para la recepción del producto durante los servicios de
limpieza, tratamiento, estimulación así como el aforo de pozos petroleros. Se dispone
de los equipos y dispositivos requeridos por regulaciones internacionales y con una
capacidad de almacenamiento y distribución de tanques adecuada para recibir todo
tipo de productos y fluidos esperados.
Los objetivos últimos de las embarcaciones WTSV son:
• Recibir todos los fluidos que se generan durante el servicio a pozos en el mar
• Procesarlos y disponer de ellos en forma ecológica
• Recuperar un producto con valor comercial: aceite crudo
• Caracterizar la producción de los pozos petroleros en el mar o aguas interiores.
• Pero ante todo:
Reducir la emisión de gases contaminantes y en general la
contaminación del aire y del mar debido a la incineración de fluidos
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2.0 FUNDAMENTO DE LA TECNOLOGIA WTSV
2.1 Objetivos de la medición y servicio
El servicio a pozos durante la exploración y explotación producción de hidrocarburos
en el mar comprende los servicios que se brindan a los pozos en las fases de
terminación, reparación, estimulación, medición de la producción, producción
temprana y/o servicio en el caso de libranzas o mantenimiento a instalaciones
existentes.
El objetivo de estos servicios es:
• Diseñar la mejor instalación en el caso de pozos nuevos o exploratorios sobre
la base de la producción esperada.
• Determinar entre otras la reserva, volúmenes, proyecciones y características
de la producción, flujos, presiones y en su momento el abatimiento de las
reservas petroleras.
• Dar continuidad a la producción de hidrocarburos.
El servicio a pozos conlleva un reto: El control de los fluidos y productos que emanan
de los pozos durante el servicio; por su naturaleza estos productos son altamente
contaminantes, compuestos principalmente por:
• Aceite Crudo
• Agua de Proceso (oleosas)
• Gas
• Químicos utilizados en estimulación, terminación, etc.
• Sólidos, incluyendo arenas, recortes de perforación, etc.
2.2 Sistemas de servicio y medición tradicionales
En el sistema tradicional de medición, empresas especializadas mueven módulos
portátiles sobre abastecedores los que deben izar a las plataformas, inter-conectar y
activar para medir la producción. En ciertos casos la misma plataforma dispone de
cierto volumen de almacenamiento de fluidos, disponen de separadores de prueba
simples y en ciertos casos existen líneas de exportación a los cuales se pueden enviar
los productos para tratamiento posterior. La figura No. 2 muestra en forma muy
simplificada el sistema tradicional, con el grave problema de incineración de los
afluentes.
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Figura No. 2 Sistema tradicional de servicio y su efecto en emisiones
En el caso de las instalaciones fijas y/o de producción permanente, se puede disponer
de los equipos de separación y proceso de prueba instalados en forma permanente,
los cuales se utilizan con fines de de prueba de producción, con separación primaria,
sin embargo al no existir capacidad de almacenamiento o una línea de exportación, y
en particular durante los servicios de estimulación o reparación de pozos, los
productos se derivan hacia un quemador y se busca incinerarlos, incluyendo líquidos,
gas y sólidos. La figura No. 3 muestra un caso grave de servicio a pozos en
instalaciones fijas.
Figura No. 3 Incineración de fluidos. Servicio en instalación fija
En algunos países la práctica común es movilizar una barcaza, asistida por
remolcadores, los cuales mantienen a la barcaza en posición, a la cual se le descarga
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los fluidos sin procesar, los cuales se transportan a tierra para confinamiento o
aprovechamiento secundario.
En el caso de pozos exploratorios, en donde frecuentemente se utilizan plataformas
móviles auto elevables o semi-sumergibles o embarcaciones de perforación,
generalmente se carece de línea de exportación y en ciertos casos no disponen de
capacidad de almacenamiento. En este caso se busca incinerar los productos del pozo
por medio de quemadores instalados para ese fin, en ocasiones lo mezclan con diesel
y aire comprimido para facilitar la incineración. Sin embargo el producto no siempre se
quema en su totalidad por lo que el daño al entorno ecológico es grave por los
residuos derramados al mar y los gases emitidos al aire. Los residuos sólidos se
derraman al mar, al igual que el agua contaminada.
Figura No. 4 Incineración parcial en plataforma semi-sumergible de exploración
2.3 Efectos de los sistemas tradicionales
Los efectos negativos del sistema tradicional de servicio a pozos son, entre otros:
• Ineficiencia en las pruebas ya que, cuando se utilizan equipos portátiles se
requiere de 10 a 12 días en movilización, conexión, prueba y desconexión.
• Elevados costos por tener que emplear abastecedores, barcazas y/o
remolcadores en las movilizaciones y servicio.
• Problemas de logística en casos de mal tiempo, ausencia de abastecedores,
etc.
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• Altos problemas de contaminación, la cual se acentúa en el caso de
estimulación, limpieza y reparación de pozos, ya que el diesel, nitrógeno y los
ácidos e hidrocarburos aromáticos utilizados en el servicio son altamente
contaminantes.
• Restricción en el tiempo de prueba. Algunos países limitan el tiempo de prueba
a no más de 3 a 4 horas, tiempo durante el cual se les permite incinerar
fluidos, esto implica cierta imprecisión en la medición.
• Perdida/incineración de un producto con valor comercial.
La figura No. 5 muestra en forma diagramática el concepto tradicional del servicio.
Existen casos en los que se reduce la contaminación al existir una línea de
exportación, pero esto solo se logra en el servicio de medición/aforo.
Figura No. 5 Concepto tradicional de medición de pozos
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3.0 ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN: WTSV
3.1 Propuesta
Con el fin de resolver los problemas de emisión de gases y contaminación que se
presentan en los sistemas tradicionales de servicio y prueba, se desarrolló una
alternativa que por un lado permita la recepción, separación y medición de la
producción de los pozos, facilitando las movilizaciones, y que por otro lado brinde la
opción de proceso de los productos, almacenamiento de fluidos contaminantes o
contaminados en los casos que no exista línea de exportación y disponer de los
mismos en forma ecológica, adicional a la recuperación comercial del producto.
La tecnología se ha denominado WTSV, la cual considera la embarcaciones dedicadas
el Control y Almacenamiento de Fluidos y Residuos del Servicio a Pozos en el
Mar o en Aguas Interiores, y para Prueba y Evaluación de la Producción.
La embarcaciones disponen de sistemas de propulsión controlado por un computador
de Posicionamiento Dinámico los cuales permiten la movilidad y mantener la posición
y el rumbo, y permiten la atención de pozos en áreas amplias y localizaciones
distantes.
3.2 Principio ecológico del servicio
El principio del servicio ecológico a pozos en el mar se ilustra en la Figura No. 6 en
donde se observa que el sistema instalado en la embarcación deberá ser capaz de:
• Recibir el producto desde la plataforma de perforación, exploración o producción a
través de líneas o mangueras flexibles a una planta de proceso instalado en forma
permanente sobre la cubierta de la embarcación.
• Separar agua, gas, deshechos líquidos y sólidos limpios y/o contaminados y aceite
crudo.
• Almacenar los líquidos en los tanques de la embarcación para exportar o re
inyectar a pozos de deshechos industriales.
• Almacenar de acuerdo al Código CRETIB los deshechos sólidos por medio de
contenedores portátiles para posteriormente disponer de ellos hacia
confinamientos.
• Caracterizar la producción de los pozos.
• Evitar en su totalidad la incineración de aceite crudo, agua o desechos sólidos
contaminados.
• Evitar el derrame al mar de líquidos o sólidos.
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Figura No. 6 Concepto ecológico de servicios a pozos
3.3 Descripción del proceso
El producto de cada pozo, en cada campo de explotación, tiene composición diferente,
por ello el servicio puede ser variado; la composición del producto en un rango de
características que no se pueden conjuntar en una sola descripción, sin embargo el
proceso considera la separación para obtener cinco componentes principales:
i) Aceite Crudo. Este es el producto principal que se pretende controlar y en la
mayoría de los casos explotar con fines comerciales; es también el producto que al
incinerar produce un mayor cantidad e tonCO2.
ii) Gas. El segundo componentes es el gas, el cual se puede manifestar emulsionado
en el crudo y otros fluidos y productos, o solo gas. Puede ser dulce o amargo (con
cierto contenido de H2S).
iii) Agua Oleosa. Este producto proviene de la separación de la mezcla,
generalmente arrastra residuos oleosos, sólidos, químicos, metales y lodos, entre
otros productos. En el caso de pozos marinos puede tener una gran cantidad de
NaCL emulsionada.
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iv) Sólidos. Dependiendo del servicio, y en particular en la reparación o terminación
de pozos, el fluido que emana del pozo arrastra ciertas cantidades de sólidos en
suspensión: recortes de la perforación, arena, etc.
v) Líquidos contaminantes. Ciertos servicios al pozo requieren de inyección de
fluidos variados, tales como diesel, ácidos aromáticos principalmente HCl para
estimular el flujo, nitrógeno, y otros productos. La mezcla desfoga por el pozo una
vez que ha reaccionado y se manifiesta como una mezcla de los productos, los
cuales pueden emanar en estado de reacción y en regresan en su estado original.
3.4 Proceso de separación y disposición de productos
El proceso se efectúa por medio de uno o varios separadores diseñados y preparados
para recibir la mezcla y separar todos los componentes principales. De esta forma los
productos combinados se pasan por uno ó más separadores hasta obtener la
separación deseada. El número de separadores puede ser variado, dependiendo de
las características del producto, el contenido de agua, gas, sólidos, etc. En cada fase
de separación se puede medir el volumen, presiones, temperaturas, etc de los
productos separados. Una vez lograda la separación y medición deseada de cada uno
de los 5 componentes, estos se disponen de la siguiente forma:
3.4.1 Aceite Crudo
Exportar a una instalación o línea existente.
El crudo se mide y se puede regresar a una línea de exportación ó plataforma por
medio de:
• Retorno del aceite crudo por medio de bombas de capacidad adecuada a una
línea de exportación, una instalación productora, o terminal marítima o
terrestre.
• Mezclando el aceite crudo con el gas separado y regresarlo a la línea de
exportación ó a la instalación a la cual se le dio servicio.
Trasegar a una embarcación satélite
En caso de que el crudo no se haya podido retornar a una línea de exportación ó a
la instalación productora, el aceite crudo se almacena en los tanques de la
embarcación, de donde se pueda trasegar a una embarcación auxiliar, sea un
tanquero o un chalán de carga especializado.
Terminal marina o terrestre
La embarcación puede podrá navegar a una terminal portuaria u otra instalación
productora en donde se descarga el aceite crudo.
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3.4.2 Gas
Exportar a una línea existente
En condiciones de presiones adecuadas el aceite crudo se puede mezclar con el
gas y regresarlo a la línea de exportación ó a la instalación productora.
Quema de gas
En caso de que el gas no se pueda regresar a la línea de exportación, se verá en
necesidad de quemarlo. Una vez separado se pasara a un quemador instalado en
la embarcación.
Generación de energía
En caso de que el gas producido sea dulce, esto es, sin contenido de H2S, se puede
utilizar el gas como combustible y con el fin de generar potencia para la
embarcación o energía eléctrica para propulsión o los servicios. Esta es una de las
mejoras a la Tecnología WTSV considerada para el futuro. La limitación para el uso
de turbinas productores de potencia eléctrica se origina por la gran contaminación
que puede contener el gas debido al alto contenido de H2S, N2.
3.4.3 Disposición del agua
El agua separada durante el proceso se recibe en los tanques de la embarcación,
generalmente contaminada con residuos de aceite, así como residuos sólidos y
productos químicos. En caso de que se determine acidez en el agua, se le
agregarán químicos para neutralizarla. Una vez neutralizada se almacenará en los
tanques de la embarcación.
Re-inyección a pozos de desecho industrial
En ciertas localizaciones se dispone de pozos de deshechos industriales para recibir
productos contaminados. En caso de disponer de una instalación de este tipo,
todos los residuos líquidos, aguas oleosas y/o ácidas ó contaminadas se re
inyectan a dichos pozos. La embarcación cuenta con bombas de capacidad
adecuada para descargar los productos en pozos dedicados a este servicio. Los
fluidos se filtran para evitar que sólidos de gran tamaño se re-inyectan a los
pozos y evitar el obstruir los veneros.
Como medida extrema, y en caso de no disponer de pozos de deshechos, el agua
se debe tratar, o pulir, para limpiar con no mas de 15 ppm (partes por millón) de
aceite, y se verterán al mar.
3.4.4 Disposition de productos sólidos
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Todos los residuos sólidos tales como, arenas, recortes, etc. se almacenarán en
contenedores portátiles y se enviarán a confinamientos a tierra. No se vierte
ningún sólido, sea limpio o contaminado.
3.4.5 Mezclas emulsionadas heterogéneas
En caso de haber recibido y almacenado una mezcla heterogénea (emulsionada)
con una elevada complejidad para obtener una separación en componentes
homogéneos, la mezcla de fluidos se almacenara en tanques de la embarcación o
contenedores portátiles preparados para la recepción de este producto. En este
caso el producto integro se descargara hacia confinamientos especializados.
3.5 Modalidad de servicio
La Tecnología WTSV permite el servicio en varias modalidades de servicio, cabe indicar
que esta lista es indicativa, ya que la experiencia ha mostrado que estas
embarcaciones pueden brindar otros servicios para los cuales no se habían concebido,
pero que han mostrado la capacidad de atender, entre otras: reparación de ductos
ascendentes para evitar el cierre de producción; servicio de “bypass” para el
mantenimiento de pozos; inyección de líquidos para destapar líneas de exportación.
Este documento, sin embargo, únicamente describe los servicios para los cuales se
concibió la Tecnología WTSV.
3.5.1 Medición de pozos
Una vez terminado un pozo, sea que se encuentre en la fase de pre-producción o en
producción continua, es conveniente monitorear su producción. Esto permite diseñar
la instalación adecuada dependiendo del numero de pozos que se pretenda perforar en
la localización, eficientando la instalación y de acuerdo a los volúmenes y calidad
esperada. En el caso de pozos existentes en proceso de producción continua permitirá
determinar los volúmenes de producción y mantener estadísticas para determinar:
• Problemas en la producción
• Abatimiento de la producción
• Obtener proyecciones reales de la producción
Otros beneficios que brinda la Tecnología WTSV por el hecho de disponer de un
sistema ya armado e integrado en la embarcación permitirá:
• Reducir el número de separadores en las instalaciones productoras y con ello el
costo de construcción.
• Reducir el mantenimiento
• Atender múltiples localidades con un solo equipo.
Especialidad: Ingenieria Naval 17TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR • Aumentar el número de instalaciones atendidas en función del tiempo. 3.5.2 Producto de la estimulación de pozos Este servicio se aplica a pozos nuevos o existentes que no fluyen, o cuya producción ha decaído. Los métodos son variados, si bien en forma general consiste en la inyección de productos químicos (ácidos) generalmente aromáticos, diesel y nitrógeno, entre otros productos y se dejan en el pozo durante cierto tiempo esperando una reacción, posteriormente se dejan desfogar por la boca el pozo. Este desfogue violente (back flow) se recibe en la embarcación. El producto inicial del desfogue es complicado separar, por lo que envía directamente a los tanques de la embarcación para disponer a confinamientos o centros de separación refinada ya sea en tierra o a bordo de la embarcación. Cabe aclarar que la Tecnología WTSV no considera equipo de estimulación, únicamente la capacidad de recibir los fluidos del “back-flow” y su proceso limpio. 3.5.3 Recepción de productos de la reparación y terminación de pozos En el caso de una terminación de pozo o en caso de una reparación, distinta al proceso de estimulación, la planta deberá estar preparada para recibir, entre otros, cierta cantidad de sólidos. Estos son generalmente recortes de perforación, arenas o grumos generados por el lodo de la perforación. Durante la primer fase de la separación, el separador de limpieza esta preparado para decantar los residuos sólidos hacia el fondo del separador. Una vez concluida la prueba, los sólidos depositados se extraerán y se almacenan en los contenedores portátiles para su confinamiento a tierra. 3.5.4 Servicio a libranzas de pozos existentes o producción temprana Con frecuencia las compañías petroleras se ven en la necesidad de intervenir, dar mantenimiento, reemplazar o reparar algún componente de sus instalaciones de producción permanente, pero no desean suspender la producción. En estos casos la embarcación puede atender la producción del pozo o instalación que se este interviniendo, y de esta forma permitir el mantenimiento de la instalación. En otras palabras, se actúa como un bypass y con ello permite la continuidad en la producción hasta reactivar el componente de la instalación o plataforma. 3.5.5 Limpieza de líneas En gran cantidad de campos petroleros la exportación y producción de los campos petroleros se efectúa a través de líneas o tuberías submarinas. Durante el proceso de construcción y tendido de las líneas y generalmente al finalizar el tendido, se efectúa la limpieza o la prueba hidrostática para asegurar que no existan fugas. El producto utilizado en dichas pruebas y/o limpieza generalmente es agua mezclada con inhibidores de la corrosión y productos químicos, por lo que, al ser una mezcla contaminante, existen restricciones en cuanto al vertimiento al mar. La Tecnología WTSV permite recibir el agua de dichas pruebas y re inyectar a pozos de deshecho industrial, o descargar en puerto hacia confinamientos autorizados. Especialidad: Ingenieria Naval 18
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4.0 COMPONENTES DE LA TECNOLOGIA WTSV
Los componentes de la planta de proceso de la Tecnología WTSV no son
independientes, están interconectados a sistemas y servicios de la embarcación para
brindar el servicio; no existe una frontera o limite entre la planta de proceso y la
embarcación. En la Tecnología WTSV la Planta de Proceso es dependiente de la
embarcación y la embarcación de la planta con una serie de servicios y equipos de
“interface” que le permite actuar como una unidad integral. La embarcación con
Tecnología WTSV cuenta entonces con:
• Sistema de separación de los productos
• Equipos, dispositivos e instrumentación para controlar el proceso, la operación y
emitir reporte del servicio brindado.
• Sistemas de bombas para reintegrar el crudo estabilizado y/o productos químicos,
agua; a las líneas de exportación, reinyección, o para el trasiego a embarcaciones
auxiliares o terminales de descarga.
• Sistemas y dispositivos de seguridad adecuadas.
• Laboratorios de análisis y prueba de los productos del proceso.
4.1 Planta de proceso
4.1.1 Conexión al pozo
Los sistemas para importar y exportar los fluidos se muestran en la Figura No. 7. Se
refiere a los sistemas “Sistema de Mangueras Flexibles” y comprenden la conexión
entre la plataforma y la embarcación será mediante:
• 1er Bloque de válvulas de estrangulación “choke manifold”, el cual deberá
instalarse sobre la cubierta de la plataforma, y dispone de conexión a los sistemas
de paro por emergencia y cabezal de medición.
• Mangueras de alta presión para la conexión del “choke manifold” hacia el BSPP.
Las mangueras podrán deben ser de una sola sección, debiendo evitar el uso de
secciones conectadas. Disponen también de un sistema de desconexión rápido.
• 2º Bloque de válvulas de estrangulación “choke manifold”, que deberá instalarse
sobre la cubierta de la embarcación, y conectado al sistema de paro por
emergencias.
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Figura No. 7. Sistema de importación y exportación de fluidos
4.1.2 Separadores (Recipientes a presión)
El diseño, tamaño y características y construcción de los separadores y equipos
sujetos a presión mayor que la atmosférica, se determinarán para cada embarcación y
planta de proceso en forma particular. Figura No. 8. Están diseñados y dotados de
dispositivos y componentes internos para lograr la separación de aceite, agua, sólidos
y gas por medio de paquetes de placas, filtros, mallas, placas de choque, etc. algunas
de las consideraciones principales son:
• Materiales de construcción. Se considera el porcentaje de H2S en el crudo para la
selección de los materiales de construcción de los separadores y en general todos
los componentes. Se consideran factores muy elevados en los espesores para
permitir una corrosión relativamente acelerada y mantenerse dentro de norma.
• Internos. Generalmente los internos están fabricados con acero inoxidable y se
sujetan con soldadura, en ocasiones se utilizan internos empernados. El tipo y
diseño considera entre otros, los movimientos y aceleraciones que sufre la
embarcación debido a las fuerzas ambientales.
• Las bancadas y soportes se diseñan para soportar las cargas operativas,
ambientales y de movimiento de la embarcación.
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Figura No. 8. Separador instalado en embarcación WTSV (tratador de aceite)
4.1.3 Productos de reacción (Estimulación y reparación de pozos)
Los productos de esta operación comprenden: crudo, diesel, agua, ácido clorhídrico sin
reaccionar y reaccionado, nitrógeno (utilizado durante la estimulación o inducción de
pozos) y gas, entre otros. El diesel e hidrocarburos se pueden recuperar para ser re-
utilizados o procesados, el resto de los fluidos se envían a los tanques de la
embarcación para posteriormente re-inyectarlos en los pozos de deshecho industrial.
El gas producido en estas operaciones se podrá enviar al quemador.
4.1.4 Tratamiento del agua
El tratamiento de agua se logra neutralizando la acidez y dar tratamiento químico o
mecánico con el fin de poder re-inyectar a pozos de deshecho. En caso de verse en la
necesidad de descargar al mar, esta descarga se hará de acuerdo a las normas y
regulaciones que apliquen, generalmente las regulaciones para la descarga del agua al
mar son las de emitidas mínimas se dictan por MARPOL, sin embargo cada país y
operador mantiene regulaciones particulares en cuanto a la cantidad de contaminantes
permisibles, medidos generalmente como ppm (partes por millón), equipo requerido,
procedimientos de descarga, etc.
4.1.5 Bombeo y trasiego
Se deberá disponer de sistemas de bombeo para manipular el aceite crudo
estabilizado entre los tanques, las capacidades de los sistemas de bombeo se
determinaran en función de la producción esperada. Las bombas se utilizaran para:
• Reintegrar el crudo a la línea de exportación o de proceso
• Trasegar a una embarcación satélite o a una terminal marina o terrestre.
Especialidad: Ingenieria Naval 21TECNOLOGIA WTSV: UN SISTEMA PARA LA REDUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DURANTE LA PRUEBA DE POZOS EN EL MAR • Trasegar entre tanques o para recirculación. Se deberá disponer de sistemas de bombeo de capacidad adecuada para re inyectar agua limpia, aguas oleosas y/o productos químicos de deshecho a pozos industriales. 4.1.6 Paquete de inyección de químicos El producto recibido a la planta de proceso puede requerir de aditivos que permitan facilitar la separación de los componentes, tratar y estabilizar el crudo, inhibir ácidos, fluidos y gases nocivos para el personal, medio ambiente y el equipo. Para ello, se cuenta con paquetes de inyección para dosificar, entre otros, y en diversos puntos de la planta: • Antiespumante • Desemulsificante • Inhibidores de asfalteno, parafinas, corrosión y H2S 4.1.7 Adquisición y registro de la información del proceso. Se dispone de la instrumentación y equipo adecuado para controlar y registrar los datos de la operación, proceso y servicios. Los dispositivos y el sistema pueden estar conectados a los sistemas de detección y supresión de gas y fuego así como a los sistemas de paro por emergencias para atender las emergencias que se puedan presentar. La planta de proceso deberá estar conectada a un sistema de recolección de datos, que permita controlar el proceso, determinar la información del producto y la información del pozo. El sistema completo deberá tener de igual forma una interface con el sistema de detección y supresión de incendios, los sistemas de paro de emergencia y los sistemas de detección de gas. La información podrá recolectar datos sobre: • Gastos de aceite crudo, agua, gas • Volumen y tipo de químico inyectado • Flujos y cantidades de almacenamiento • Presión del proceso de separación en las diversas etapas • Temperatura durante la separación. • Porcentajes de separación. • Volumen de aceite, agua y gas • Almacenamientos de agua Especialidad: Ingenieria Naval 22
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• Descargas al mar
• Flujo de gas al quemador
4.1.8 Sistemas de contra-incendio y de seguridad
El diseño de la embarcación considera la incorporación de los más altos niveles de
protección, detección y seguridad. Considerando que la embarcación está expuesta en
forma directa a la producción de productos e hidrocarburos a presión, altamente
flamables y nocivos, obliga a que se busque la seguridad del personal, de la
embarcación y del equipo, así como del medio ambiente. Se tienen consideraciones
muy rígidas en cuanto al diseño y la selección de equipos, materiales y dispositivos de
seguridad que garanticen la protección adecuada. Algunas de las consideraciones en
cuanto a seguridad incluyen:
• Estudios HAZOP
• Sistemas Contra-Incendio
• Sistemas de Rocío o “Deluge”
• Sistemas de Protección Fijos
• Sistemas de detección de gas toxico y combustible
• Sistemas de Alarma
• Sistema de Paro por Emergencia
• Sistema de desconexión rápido
4.1.9 Gas inerte
Los tanques de almacenamiento de líquidos deben protegerse por medio de un gas
inerte con el fin de eliminar las condiciones explosivas que se generarían al llenar los
tanques con aire. La inertizacion se logra por medio Nitrógeno producido abordo.
Como alternativa se pueden instalar sistemas de generación de CO2. En casos
extremos se puede usar gas natural que se obtenga de la separación.
4.1.10 Sistemas de venteo y desfogue
Todos los recipientes cerrados y tanques de almacenamiento disponen de sistemas de
venteo y desfogue de gases, para así evitar la acumulación de presión positiva o
negativa (vacio) que ponga en riesgo los tanques y la integridad de la embarcación.
Los gases se ventean de acuerdo a los requerimientos de seguridad en la materia o se
podrán dirigir al quemador.
4.1.11 Quemador
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Se dispone de un quemador de características y capacidades adecuadas para incinerar
los gases que provengan del proceso de separación. Estos gases pueden ser de baja
presión en el caso de fases de separación secundaria o de alta presión en las fases
primarias; en este último caso los gases se incineraran cuando no sea posible
reintegrarlos a la línea de proceso o de exportación.
4.1.14 Calentadores de aceite (Almacenamiento)
Cuando el producto que se obtenga de la separación tenga una gravedad API baja, se
dispone de sistemas de calentamiento de la carga para permitir manipularlo, trasegar,
bombear, almacenar, etc. El sistema de calentamiento genera de vapor o fluidos
térmicos, y en ocasiones se puede aprovechar el calor transferido del producto del
pozo.
4.1.15 Laboratorio químico
El laboratorio químico tiene los equipos y materiales, y esta acondicionado y con
capacidad para realizar análisis de:
• Aceite crudo; densidad, características, encogimientos, etc.
• Calidad del agua, acidez, contaminación, contenidos de hidrocarburos, etc.
• Sólidos y productos de la estimulación, limpieza y reparación de pozos, contenido,
acidez, porcentajes, etc.
• Mezcla de los componentes aceite crudo–agua antes y después de la separación.
4.2 Componentes de la embarcación
Con fines descriptivos, la embarcación se considera agrupada en los siguientes cuatro
grupos:
• Casco
• Sistema de propulsión con posicionamiento dinámico
• Servicios auxiliares para la embarcación
• Servicios auxiliares para la tripulación
4.2.1 Casco
La embarcación tiene como objetivo principal el de brindar con los espacios de carga,
almacenamiento y maquinaria, así como el área de cubierta suficiente para instalar la
planta de proceso, maquinaria y equipos auxiliares, y los espacios de almacén y
habitacionales entre otros. La configuración del casco debe ser de “doble casco”. Los
tanques de carga se encontraran hacia el interior del casco, ningún espacio de carga
tendrá contacto con el agua.
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Se dispone de tanques suficientes para la carga, incluyendo: aceite crudo, aguas
oleosas producto de la separación, lastre (agua de mar), combustible, agua dulce,
aceites lubricantes, etc.
4.2.2 Sistema de propulsión con posicionamiento dinámico
Los sistemas de posicionamiento dinámico tienen aplicaciones muy variadas, se
utilizan, en embarcaciones de tendido de tuberías, actividades de buceo, perforación y
explotación petrolera, construcción y mantenimiento costa-afuera, de mapeo
topográfico, entre otras. Las consideraciones para su diseño estarán basadas en el uso
de la embarcación y de la predicción de las fuerzas ambientales en el área de trabajo,
pero ante todo el riesgo al personal, equipo y medio ambiente.
En el caso de la embarcación con tecnología WTSV por ser una embarcación conectada
a pozos vivos, en donde la presión del producto mezclado de crudo-gas-agua-sólidos
puede recibirse a cientos ó miles de kilos/libras de presión, y en donde la tripulación
de la embarcación es relativamente numerosa (varias decenas), el valor de la
embarcación y de la plataforma en medición puede ser elevada y el riesgo de
contaminación a un costo potencial incalculable en caso de derrame, los sistemas se
deberán seleccionar con las normas más rígidas y utilizando los criterios de seguridad
mas estrictos posibles para minimizar el riesgo en cualquiera de sus manifestaciones:
personal, equipo o medio ambiente.
Se puede decir entonces que las consideraciones principales para el diseño del sistema
DP del WTSV consideran en orden de prioridades:
a) Riesgo en término de personal (vidas humanas)
b) Riesgo en término de pérdidas materiales en caso de catástrofe.
c) Riesgo en términos de daños ecológicos
4.2.3 Clasificación de posicionamiento dinámico
La industria naval y costa-afuera, así como las Sociedades de Clasificación miembros
de la IACS han determinado 4 categorías para los sistemas de posicionamiento; su
clase se define por la Resolución 645 del OMI:
DP-0: La embarcación está dotada de un sistema centralizado manual para
controlar la posición y rumbo bajo condiciones ambientales máximas especificadas.
DP-1: La embarcación dispone de un sistema de posicionamiento capaz de
mantener automáticamente la posición y el rumbo bajo condiciones ambientales
máximas y dispone de un sistema de control manual independiente para control
del rumbo.
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DP-2: La embarcación está dotada de un sistema capaz de mantener la posición y
el rumbo bajo condiciones ambientales máximas y considerando la falla de alguno
de sus componentes, excluyendo la pérdida de uno de los compartimentos.
DP-3: La embarcación dispone de un sistema capaz de mantener la posición y
rumbo bajo condiciones ambientales máximas, considerando la falla de alguno de
sus componentes, incluyendo la perdida de alguno de sus compartimentos.
(Incluyendo el puente de mando).
La embarcación dotada con tecnología WTSV debe cumplir como mínimo
con los requisitos de un sistema DP-2.
4.2.4 Componente principales de los sistemas DP
En términos generales un sistema DP se compone de:
a) Unidades de control (Computadoras) El “cerebro” del sistema de
posicionamiento dinámico es el procesador (computadora) que recibe una serie de
datos externos de medio ambiente, movimientos, comportamiento de maquinas,
viento, dirección de los propulsores, etc.; interpreta los datos y emite señales de
respuesta a los sistemas de propulsión, sea para desplazarse o mantenerse hacia,
o en una posición seleccionada. Las computadoras de un sistema de
posicionamiento dinámico deben estar instaladas en tal forma que el operador
pueda observar y estar alerta de las condiciones ambientales y cualquier actividad
relevante a la operación.
Las embarcaciones con sistema DP-2 mantienen dos sistemas de control
automático y una unidad manual de control. En caso de falla de uno de los
procesadores (computadoras) el control se transfiere automáticamente a la
segunda computadora. En caso de falla de la segunda computadora el control se
transfiere al sistema manual.
4.2.5 Propulsores
Una vez que la computadora ha interpretado la posición y rumbo deseado, se emiten
señales al sistema de propulsión para corregir a la posición y/o rumbo. Las variables
que se pueden controlar en un propulsor son:
• Revoluciones de las máquinas o hélices en los sistemas de paso fijo, y/o
• Angulo de las palas de las hélices en sistemas de paso variable, y/o
• Dirección del propulsor en los sistemas azimutales
a) Propulsores azimutales
Este es el sistema más común para embarcaciones de posicionamiento dinámico, y
se refiere a hélices que pueden dirigirse por medio de sistemas de giro
independientes y dirigir el flujo hacia cualquier dirección (360O). La hélice puede
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ser de paso fijo o variable y con este sistema se controla la dirección y fuerza de
empuje.
b) Propulsores convencionales. Paso fijo o variable
En embarcaciones que además de operar como unidades de posicionamiento
dinámico se pretende navegar grandes distancias, en cuyo caso disponen de paso
variable en el sistema de propulsión, esta es una alternativa para controlar los
movimientos en el eje longitudinal. Se debe disponer de mínimo dos propulsores
con paso variable y se combina con túneles transversales o propulsores
azimutales para efectuar movimiento en el eje transversal.
c) Propulsores transversales. Paso fijo o variable
Este tipo de propulsor (túnel thruster) se instala para corregir los desplazamientos
transversales o rotar sobre el eje vertical de la embarcación. Se combina con el
sistema de paso variable sobre eje fijo y/o sistemas azimutales.
d) Propulsores a chorro de agua
Este tipo de propulsor tiene una toma de agua en la parte sumergida de la
embarcación y por medio de bombas aumenta la velocidad del agua para formar
un chorro de agua dirigido. Al igual que con los propulsores azimutales, el flujo se
puede dirigir a la dirección deseada.
4.2.6 Operación del sistema
Dada la naturaleza de las operaciones que efectuara la embarcación, la operación se
deberá efectuar bajo la atención continua de un oficial de cubierta con experiencia y
capaz de tomar decisiones en momentos de emergencia. Se tendrá visibilidad de toda
la planta de proceso, plataforma en medición, grúa y sistemas de proceso. Se dispone
de monitores de despliegue visual para el control de posición, rumbo y envolvente de
operación; alarmas visibles y audibles para indicar cuando la embarcación se sale del
envolvente y alertar al operador.
Durante las operaciones una vez que se define la localidad que se va a servir, se
moviliza la embarcación al lugar de trabajo y se efectúa la maniobra de conexión.
Una vez en posición la computadora recibe los datos a cierta frecuencia de los
siguientes componentes (entre otros):
• Sistema de referencia vertical
• Anemómetros
• Giroscopicas
• Angulo (dirección) del flujo de los propulsores azimutales
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